CN104459964A - 一种可远程控制的共聚焦显微镜成像装置 - Google Patents

Abstract

本案涉及一种可远程控制的共聚焦显微镜成像装置，包括:激光发射器、二色镜机构、分光镜机构、物镜、三维纳米位移台、滤光片、狭缝机构和光电倍增管；还包括:主控制器，其与激光发射器、二色镜机构、分光镜机构、三维纳米位移台、狭缝机构和光电倍增管通讯连接；多个成像终端，其与主控制器通讯连接。本案通过主控制器来控制和记录每一个光学部件的位置，实现了对共聚焦显微镜成像装置中每个部件的精确、快速的控制，以保证准确、稳定、快速的成像质量；通过主控制器与多个成像终端的通讯连接，使得共聚焦显微镜成像装置的使用更加灵活多变，具备了远程操作、远程协助指导、远程维护维修的功能。

Description

一种可远程控制的共聚焦显微镜成像装置

技术领域

本发明涉及一种成像装置，尤其是涉及一种对荧光物质进行成像的激光扫描共聚焦显微镜成像装置，特别是涉及一种可远程控制的共聚焦显微镜成像装置。

背景技术

细胞作为生命活动的基本单元，是深入研究生命过程的关键。了解各种大分子在活细胞中构象改变和精确定位，揭示生物分子相互作用关系，对于研究疾病机理、促进生物医药科学和相关产业的发展具有重大意义。而实现这些的关键在于细胞的观察及检测。

目前，激光扫描共聚焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscopy，LSCM)是细胞原位观察的重要工具，它是研究亚微米细微结构的有效技术手段，同时也是国内外从事生物医学和材料科学研究的科技工作者必备的大型科研仪器。传统的LSCM系统在使用过程中都配备专有的LSCM实验室，并有专职的管理员或操作员对LSCM进行操控、调节、成像、分析。为保存数据或导出数据，一般采用刻盘的方式导出实验数据；也有的实验室建立起了专有的网络存储系统(NAS：Network Attached Storage)来进行成像数据的存储和分享。

但是，由于LSCM价格昂贵，并不是所有实验室都能够具备这些实验条件，对于自己没有LSCM系统但又对LSCM成像有需求的科研单位，需要向其他有LSCM系统的科研机构预约和共享他们的LSCM实验室，并委派指定人员去LSCM所在的实验室进行操作成像。而对于LSCM系统本身，当每次更换成像物质后，都需要科研人员花费大量的时间和精力去手动调节每一个光学部件，这不仅降低了实验效率，影响了实验结果的重现稳定性，也浪费了大量的人力物力。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的旨在解决两个难题：1)如何简化结构或简化操作，并实现对每个光学部件位置的记忆，以使得在更换成像物质后，能够快速调取已有资料数据，完成调试工作；2)如何实现多人共享、远程使用、远程协助使用或远程维护LSCM系统。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种共聚焦显微镜成像装置，它包括两条光路：激光光路和荧光光路；在所述激光光路上沿激光路径依次设有激光发射器、二色镜机构、分光镜机构、物镜和三维纳米位移台；在所述荧光光路上沿荧光路径依次设有所述物镜、所述分光镜机构、滤光片、狭缝机构和光电倍增管；

还包括：

主控制器，其分别与所述激光发射器、二色镜机构、分光镜机构、三维纳米位移台、狭缝机构和光电倍增管通讯连接；

多个成像终端，其与所述主控制器通讯连接；所述成像终端是台式计算机、便携式计算机、智能手机或平板电脑；

其中，所述狭缝机构包括：

一条含固定长度的导轨；

两块在所述导轨自由滑动的滑块；

两个分别单独驱动每个所述滑块的步进电机；

多个连接起所述滑块与步进电机的用于传动的齿轮；

在其中一个滑块中设有一个限位杆，其用于防止所述两块滑块碰撞；所述两个步进电机分别与所述主控制器通讯连接。

优选的是，所述的共聚焦显微镜成像装置，所述二色镜机构包括二色镜和第一微调电机，所述二色镜和所述第一微调电机之间以多个齿轮作连接，所述第一微调电机与所述主控制器通讯连接。

优选的是，所述的共聚焦显微镜成像装置，所述分光镜机构包括分光镜和第二微调电机，所述分光镜和所述第二微调电机之间以多个齿轮作连接，所述第二微调电机与所述主控制器通讯连接。

优选的是，所述的共聚焦显微镜成像装置，在所述狭缝机构与所述光电倍增管之间还设有透镜。

优选的是，所述的共聚焦显微镜成像装置，所述狭缝机构与所述透镜之间还设有针孔。

本发明的有益效果是：1)本案通过主控制器来控制和记录每一个光学部件的位置，实现了对共聚焦显微镜成像装置中每个部件的精确、快速的控制，以保证该装置在面对不同的操作人员，不同的成像物质时，依然能够迅速完整前期调试工作，并保证准确、稳定、快速的成像质量；2)通过主控制器与多个成像终端的通讯连接，使得共聚焦显微镜成像装置的使用更加灵活多变，具备了远程操作、远程协助指导、远程维护维修的功能，且成像的数据可实现远程多人共享。

附图说明

图1为本发明一实施例的共聚焦显微镜成像装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

一实施例的共聚焦显微镜成像装置，它包括两条光路：激光光路和荧光光路；激光由激光发射器1发出，激光照射于成像物质表面，成像物质受激发产生荧光；在激光光路上沿激光路径依次设有激光发射器1、二色镜机构2、分光镜机构3、物镜4和三维纳米位移台5；在荧光光路上沿荧光路径依次设有物镜4、分光镜机构3、滤光片6、狭缝机构7和光电倍增管10；其中，二色镜机构2的作用是过滤光波，只允许某个特定波段的光透射；分光镜机构3的作用是选择性透射某个波段的荧光和反射某个波段的激光；物镜4的作用是聚焦激光，透射荧光；三维纳米位移台5可在x-y-z三个方向精确移动纳米级的单位长度；滤光片6是初滤杂散光；狭缝机构7的作用是精滤杂散光，透射荧光。

还包括：

主控制器11，其分别与激光发射器1、二色镜机构2、分光镜机构3、三维纳米位移台5、狭缝机构7和光电倍增管10通讯连接，并对它们进行控制；

多个成像终端，其与主控制器11通讯连接；成像终端可以是台式计算机12、便携式计算机13、智能手机或平板电脑14；

其中，狭缝机构7的作用是选择性使得某个特定波长的光穿过，而阻挡住其他波段的杂光，它包括：

一条含固定长度的导轨；

两块在该导轨自由滑动的滑块；

两个分别单独驱动每个滑块的步进电机；

以及，多个连接起滑块与步进电机的用于传动的齿轮；

在其中一个滑块中还设有一个限位杆，其用于防止两块滑块碰撞；两个步进电机分别与主控制器11通讯连接。

二色镜机构2包括二色镜和第一微调电机，二色镜和第一微调电机之间以多个齿轮作连接，第一微调电机与主控制器11通讯连接。

分光镜机构3包括分光镜和第二微调电机，分光镜和第二微调电机之间以多个齿轮作连接，第二微调电机与主控制器11通讯连接。

另一较优选实施例的共聚焦显微镜成像装置，在上述实施例的狭缝机构7与光电倍增管10之间还设有一个用于聚焦荧光的透镜9，以提高最终成像的分辨率；在狭缝机构7与该透镜9之间还设有针孔8，该针孔8用于进一步彻底地滤除杂光，从而保证荧光的单一性。

主控制器11接收来自于多个成像终端的指令，监控共聚焦显微镜成像装置中各个机构的状态，接受来自于光电倍增管10的荧光成像信息，处理成像终端发送的指令并根据指令向相关机构发送指令，处理各个机构所发回的状态信息及光电倍增管10所采集的图像数据后向成像终端进行发送。

主控制器和成像终端之间的数据交换方式不受限制，它可通过网络(局域网或广域网)通讯的方式进行数据交换，其交换的数据包括：成像终端向主控制器发送对共聚焦显微镜成像装置控制的指令以及对共聚焦显微镜成像装置状态获取指令；主控制器向成像终端发送共聚焦显微镜成像装置状态指令以及共聚焦显微镜成像装置成像数据和成像参数数据。这样可以保证成像物质更换或改变后，成像装置能够快速地从数据库里调取新成像物质的相关参数，并通过主控制器实现成像装置的快速调试，即节省了人力和时间，也提高了成像精度，成像数据的重现性更好。需要强调的是，本案只是对共聚焦显微镜成像装置的硬件及其连接关系提出了改进，而没有对主控制器与成像终端和各个部件机构之间的数据交换方式提出改进。

本案所得实施例具有多种应用模式，其中可以实现远程操作的应用模式有以下几种：

1)远程使用：异地LSCM使用者将其标本玻片用物流方式寄送到LSCM所在地，随后只需操作员将标本玻片放置在LSCM的载物位移台。异地LSCM使用者就可以在远程通过成像终端对LSCM的各个成像参数进行设置，并且通过成像终端向主控制器发送指令的方式控制载物位移台寻找目标区域，当找到目标区域后，通过指令开启共聚焦显微镜的扫描成像功能。主控制器获取图像信息后，向成像终端发送，成像终端对成像过程所获得的共聚焦图像予以展示和保存，且可以对图像进行进一步的分析。

远程协助使用：要完全使用共聚焦显微镜成像装置的功能并使得成像结果有效可靠，需要经过一定的技能培训以及具备对成像结果分析的能力。当未受培训的使用者在LSCM实验室使用共聚焦显微镜时，其虽然就在共聚焦显微镜成像装置旁边，但无法准确使用。此时，LSCM专家可以在远程使用成像终端对共聚焦显微镜成像装置进行示范操作教学。

远程维护：借助成像终端，可以对共聚焦显微镜成像装置进行调试。并且，LSCM生产商可以在远程对已售的LSCM系统进行维护保养及参数调整。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种共聚焦显微镜成像装置，其特征在于，它包括两条光路：激光光路和荧光光路；在所述激光光路上沿激光路径依次设有激光发射器、二色镜机构、分光镜机构、物镜和三维纳米位移台；在所述荧光光路上沿荧光路径依次设有所述物镜、所述分光镜机构、滤光片、狭缝机构和光电倍增管；

还包括：

主控制器，其分别与所述激光发射器、二色镜机构、分光镜机构、三维纳米位移台、狭缝机构和光电倍增管通讯连接；

多个成像终端，其与所述主控制器通讯连接；所述成像终端是台式计算机、便携式计算机、智能手机或平板电脑；

其中，所述狭缝机构包括：

一条含固定长度的导轨；

两块在所述导轨自由滑动的滑块；

两个分别单独驱动每个所述滑块的步进电机；

多个连接起所述滑块与步进电机的用于传动的齿轮；

在其中一个滑块中设有一个限位杆，其用于防止所述两块滑块碰撞；所述两个步进电机分别与所述主控制器通讯连接。

2.如权利要求1所述的共聚焦显微镜成像装置，其特征在于，所述二色镜机构包括二色镜和第一微调电机，所述二色镜和所述第一微调电机之间以多个齿轮作连接，所述第一微调电机与所述主控制器通讯连接。

3.如权利要求1所述的共聚焦显微镜成像装置，其特征在于，所述分光镜机构包括分光镜和第二微调电机，所述分光镜和所述第二微调电机之间以多个齿轮作连接，所述第二微调电机与所述主控制器通讯连接。

4.如权利要求1所述的共聚焦显微镜成像装置，其特征在于，在所述狭缝机构与所述光电倍增管之间还设有透镜。

5.如权利要求4所述的共聚焦显微镜成像装置，其特征在于，所述狭缝机构与所述透镜之间还设有针孔。